«

»

Fundarea constructiilor inalte la baza versantilor, partial pe teren stancos

Share

Dezvoltarea imobiliara din ultimii ani se desfasoara sub imperiul profitului. Acest lucru face ca investitorii sa valorifice fiecare metru de teren pe care il au la dispozitie, atat pe orizontala cat si pe verticala. In aceasta situatie, s-a ajuns, de multe ori, ca terenuri care pe vremuri erau considerate dificile sa fie valorificate la maximum, de obicei cu un regim de inaltime la limita superioara a prevederilor din planurile de urbanism. O situatie cu care ne-am confruntat in ultima vreme in municipul Brasov a fost amplasarea unor constructii inalte, cu regim de inaltime de S+P+10-11E, la baza versantilor, acolo unde roca de baza este ingropata in depozite proluviale, formate prin ingemanarea conurilor de dejectie.

Amplasarea constructiilor la baza versantilor stancosi ridica probleme majore din cauza tasarilor diferentiate. Terenul stancos fiind incompresibil, reducerea tasarilor terenului proluvial poate fi facuta pe doua cai: prin imbunatatirea materialului cu un agent stabilizator in intreaga sa masa, sau evitand complet materialul superficial prin fundatii de adancime incastrate in roca de baza. O alta varianta o reprezinta inlocuirea terenului stancos cu altul compresibil. Articolul de fata prezinta trei studii de caz in care s-au intalnit situatiile descrise.

CONTEXTUL GEOLOGIC

Piemonturile de bordura, rezultate ale eroziunii orogenului, in special de pe rama sudica a depresiunii, sunt alcatuite din depozite aluvio-proluviale cu structura incrucisata, din elemente slab consolidate. Reteaua hidrografica, cu o forta de transport deosebita, mai ales in fazele interglaciare, a transportat in depresiune cantitati enorme de pietrisuri si nisipuri peste depozitele lacustre, formand conuri de dejectie, iar prin ingemanarile acestora, piemonturi ori glacisuri. Morfologia simpla demonstreaza existenta lor de data relativ recenta, aflandu-se intr-un stadiu incipient de sculptare.

Dificultatea problemelor aparute in alegerea conditiilor de fundare a constructiilor la baza versantilor stancosi provine, pe de o parte, din cauze naturale, iar pe de alta parte din cauza unor restrictii constructive.

O prima cauza o reprezinta natura terenului de fundare care este complet diferit: pe de o parte masivul stancos, fie el de natura calcaroasa sau conglomerat, practic incompresibil, iar pe de alta parte proluviile, in general in curs de consolidare, cu stratificatie incrucisata, cu material cu sortare slaba.

O a doua dificultate este generata de prezenta invariabila a apelor la adancime mica, fie ele chiar si sub forma de infiltratii care, de regula, sunt puternice.

Este cunoscut faptul ca la baza pantelor exista un exces de umiditate, care se datoreaza apelor de siroire de la suprafata, care aduc de pe versanti detritus si il depun acolo unde acestea isi pierd energia, formand, astfel, cordoane naturale in spatele carora apa stagneaza.

Caracterul carbonatic al rocilor de baza pe care este situat piemontul orasului Brasov, calcar sau conglomerat polimictic cu ciment carbonatic, creeaza premisa unui paleorelief accidentat [1]. Dupa cum in relieful actual se intalnesc chei, defilee si pereti stancosi spectaculosi sapati in calcare, si paleorelieful, care este actualmente ingropat in depozite de alterare recente, poate avea aceleasi discrepante altimetrice (fig. 1).

CONTEXTUL GEOTEHNIC

Principala problema care se naste in fundarea la baza versantilor stancosi este evitarea tasarilor diferentiate. In mod inevitabil, terenul este diferit, o parte incompresibil, iar zona cu proluvii este compresibila.

Sarcina geotehnicianului este marcata de incertitudini in toate fazele elaborarii studiului.

Investigatiile din teren trebuie sa urmareasca, in principal, determinarea configuratiei masivului stancos. Forajele sau penetrarile executate au sansa sa intalneasca, in corpul proluviilor, blocuri de stanca sau lentile de grohotis de ordinul decimetrilor sau chiar al metrilor, care s-au depus peste proluvii, in urma unor evenimente exceptionale petrecute in trecutul geologic (seisme, torenti etc.); se poate crea, astfel, falsa impresie ca talpa forajului a patruns in roca de baza.

Nici investigatiile geofizice nu pot decela cu certitudine suprafata rocii de baza, din cauza contrastului redus intre lentilele de material grosier proluvial si zona de alterare a rocii de baza. Recoltarea probelor netulburate este foarte greu de realizat, uneori practic imposibil, din cauza prezentei apei si a naturii necoezive a materialului de umplutura a bazinului depresionar.

In situatia descrisa, determinarea caracteristicilor mecanice ale pamanturilor nu poate fi facuta, de cele mai multe ori, decat indirect. Metoda care furnizeaza rezultatele cele mai apropiate de realitate este cea a penetrarii dinamice, care ofera o imagine continua a stratificatiei in punctul investigat; ramane, totusi, caracterul orientativ al parametrilor geotehnici astfel obtinuti, precum si incertitudinea determinarii adancimii rocii de baza. Din cauza dificultatii recoltarii probelor, determinarile compresibilitatii pe probe netulburate in laborator sunt, in cel mai bun caz, disparate, reduse ca numar, ceea ce conduce la coeficienti de siguranta mari. Pe probele tulburate se pot efectua analize din fractiunea fina, iar pe baza lor estimata, iarasi grosier, consideram noi, comportarea mecanica a pamantului.

Recomandarile privind conditiile de fundare din studiu sunt marcate de incertitudinile provenite din etapele anterioare ale investigatiilor de teren sau de laborator. Ca urmare, geotehnicianul este nevoit sa adopte masuri care sa „sara” peste aceste necunoscute si sa adopte solutiile cele mai sigure pentru evitarea tasarilor diferentiate.

 

SOLUTII DE FUNDARE PENTRU REDUCEREA TASARILOR DIFERENTIATE

Din punctul nostru de vedere aceste solutii pot fi grupate in trei variante de principiu:

Fundarea indirecta pe o perna de material compresibil

Dupa excavarea unei portiuni din roca de baza stancoasa, inlocuirea acesteia se poate face cu material avand caracteristici asemanatoare proluviului. S-ar obtine astfel o omogenizare pe intreaga suprafata a terenului de fundare si implicit, a tasarilor. Metoda a fost aplicata cu succes, cu ani in urma, insa cu doua amendamente importante: constructiile respective aveau un regim de inaltime mai mic si datorita dimensiunilor in plan, existau rosturi de tasare. In cazurile pe care vi le vom prezenta mai jos sarcinile transmise constructiilor sunt cel putin duble, iar extinderea in plan mica. Ca urmare, grosimea pernei ar trebui sa fie considerabil mai mare, pentru ca sarcina sa se consume in majoritate in corpul sau, insa solutia este limitata de prezenta apei la adancimi mici.

Chiar daca pe parcursul executiei pernei se fac epuizmente care sa permita compactarea materialului, exista posibilitatea ca, in exploatare, apa sa infesteze perna si sa ii modifice compresibilitatea. In plus, din punct de vedere economic, solutia este mai putin profitabila, fiind necesara o latime de garda a pernei. Investitorul, care, de regula, ocupa terenul la maximum, va fi nevoit sa reduca suprafata construita, ceea ce nu compenseaza nici pe departe diferenta de pret fata de celelate solutii de fundare.

Fundarea pe teren imbunatatit

O a doua solutie o reprezinta imbunatatirea terenului compresibil proluvial (solutia precedenta fiind prin analogie o „inrautatire” a terenului incompresibil). Am considerat ca cea mai adecvata solutie o reprezinta introducerea unui agent de stabilizare, respectiv ciment sau beton usor, in scopul de a imbunatati stabilitatea de volum, rezistenta, permeabilitatea si durabilitatea pamantului. Se dezvolta, astfel, rezistente superioare celor initiale, datorita reducerii volumului golurilor. Conform [2] capacitatea portanta a unui astfel de teren creste de 7 ori.

Cresterea capacitatii portante globale a terenului se obtine, pe de o parte, prin aplicarea unei sarcini suplimentare indusa de presiunea hidrostatica a agentului stabilizator, care consuma astfel o mare parte a deformatiilor plastice ale pamantului, iar pe de alta parte, datorita penetrarii materialului in pori, prin marirea suprafetei efective a gaurii forate si umplute.

Solutia a fost aplicata cu succes in cazul unui bloc cu regimul de inaltime de S+P+6E amplasat pe strada Mihai Viteazul, Brasov.

Zona studiata se gaseste intre Dealul Morii si canalul Timis care, actualmente, este acoperit. Strati-ficatia este neomogena, nefiind regasita ca identica in niciunul dintre cele trei puncte de investigare. Cauzele neomogenitatii sunt pe de-o parte naturale, terenul fiind constituit din proluvii acumulate la baza pantei cu stratificatie incrucisata, iar pe de alta parte, amplasamentul a fost afectat, de-a lungul vremii, de diferite amenajari edilitare sau de unele constructii industriale.

Apa subterana, sub forma de infiltratii puternice, a fost intalnita intre adancimile de 5,20 m si 6,00 m. Prezenta acestui tip de apa se datoreaza existentei canalului care are scapari. Acest fapt a fost confirmat cu prilejul unor precipitatii puternice, care au avut loc pe parcursul executiei sapaturii generale iar incinta a fost inundata cu apa, cu o grosime a lamei de cca. 1 m.

Pe parcursul efectuarii sapaturii generale s-a constatat ca in coltul sud-estic al amplasamentului exista un masiv stancos, format din conglomerate cretacice partial alterate, pe o latime de cca. 2 m si o lungime de aproximativ 5 m (fig. 2).

In ceea ce priveste zona cu conglomerate, evident ca este caracterizata de o capacitate portanta care practic nu ar permite tasari. Totusi, sub adancimea de 4,50 m – 6,00 m, pentru complexul necoeziv si pentru cel coeziv proluvial, rezistentele dinamice au evidentiat o portanta relativ mare, cu module de deformatie liniara de peste 25.000 KPa.

In restul amplasamentului terenul este format din proluvii cu o stratificatie neomogena, incrucisata, iar compresibilitatea acestor depozite este relativ mare in raport cu stanca:

  • 0,00 m – 4,30 m umplutura de culoare negricioasa (sol vegetal, moloz – in partea superioara, pietris, praf etc.). Acest strat a fost, in prezent, excavat;
  • 4,30 m – 5,00 m pietris cu nisip argilos roscat, cu aspect de umplutura;
  • 5,00 m – 6,00 m pietris cu nisip cenusiu;
  • 6,00 m – 12,00 m argila nisipoasa, roscata, plastic vartoasa, umeda.

Pentru consolidarea depozitelor proluviale a fost vizat stratul reprezentat de complexul necoeziv, permeabil, format din pietris cu nisip argilos roscat, cu aspect de umplutura sau pietris cu nisip cenusiu, intalnit intre adancimile de 4,50 m -6,0 m de la cota initiala a terenului.

S-au executat foraje dispuse in tabla de sah, la distanta de un metru unul fata de celalalt, pe o adancime de pana la 7 m de la cota sapaturii generale, respectiv pana intr-un strat de pietris in matrice argiloasa cu compresibilitate foarte mica. Volumul de material injectat la 2,5 atmosfere a fost cu 60% mai mare fata de volumul gaurii de foraj cu diametrul de 30 de cm. Aceasta cantitate presupune ca la o porozitate estimata de pe baza granulometriei de 35%, raza pe care terenul natural a fost infestat a crescut cu 46 cm.

Dupa simularile numerice efectuate de [3], corelate cu consumul de material observat, cele doua cauze ale imbunatatirii terenului, sarcina suplimentara indusa de presiunea hidrostatica a agentului si penetrarea materialului, contribuie, in proportii aproximativ egale, la lungimea razei pe care se propaga agentul stabilizator.

Presiunea de injectare care s-a aplicat a fost mai mare decat cea necesara, in acord cu relatia (1) [3] dar acest fapt a fost constatat ulterior, fara a afecta insa negativ procesul de executie sau economic:

unde g = greutatea volumica medie a stratelor, q = unghiul planului de alunecare, r = raza de expansiune a agentului stabilizator si j = unghiul de frecare interioara mediu al terenului natural.

Incercarile cu placa rigida efectuate la suprafata pe terenul imbunatatit au dus la o estimare a tasarilor constructiei de maximum 2 cm, ceea ce este acceptabil si din punctul de vedere al tasarilor diferentiate. Tasarile diferentiate au fost initial estimate la 0,0025, iar prin imbunatatirea terenului estimarea s-a redus la 0,0008 [4].

Pana in momentul de fata, cand se executa finisajele exterioare, la cca. un an de la inceperea lucrarii, nu s-au constatat probleme in ceea ce priveste tasarea constructiei.

Fundarea pe piloti

Solutia fundarii pe piloti, care pare a fi cea mai sigura, se aplica in prezent pe un amplasament aflat la baza versantului sudic al Dealului Melcilor pentru un bloc de locuinte S+P+11E (fig. 1).

Terenul este complet neomogen, asa cum se poate observa in figura 4. Fundarea se va executa pe piloti cu lungime variabila, sub o retea de grinzi. In conditiile specifice, dupa calculul facut de Agisfor, a reiesit ca solutia este mai economica decat imbunatatirea terenului descrisa in principiu mai sus.

O situatie similara cu primul caz prezentat a fost intalnita pe acelasi versant al Colinei Universitatii. Cele doua blocuri S+P+10E vor fi asezate, in zona de alipire, pe un teren in care roca de baza stancoasa se afla la o adancime mica, in timp ce la extremitati terenul este compresibil, in special in zona sudica.

Au fost propuse doua variante de fundare: pe piloti si pe teren imbunatatit in zona proluviala. Un calcul economic va decide care dintre solutii va fi adoptata.

CONCLUZII

Amplasarea constructiilor la baza versantilor stancosi pune probleme deosebite in legatura cu posibilele tasari diferentiate. Din cauza ca stanca este practic incompresibila, se pune problema, fie a reducerii drastice a tasarilor pentru terenul proluvial, fie inlocuirea terenului stancos cu altul compresibil pe o adancime suficienta.

Ultima varianta, excavarea stancii pe o anumita grosime si inlocuirea ei cu material proluvial, a fost aplicata cu succes in Brasov, insa la constructii cu sarcini mai mici decat cele generate de constructiile inalte.

Reducerea tasarilor aferente depozitelor proluviale, care sunt neomogene si la care prezenta apei pune probleme suplimentare, poate fi facuta pe doua cai: o cale o reprezinta imbunatatirea materialului cu un agent stabilizator, beton usor de exemplu, in intreaga sa masa, iar o a doua varianta este evitarea completa a materialului superficial ca teren de fundare, prin fundarea pe piloti purtatori pe varf incastrati in roca de baza. Prima metoda este mai expeditiva, iar cea de-a doua aduce un plus de siguranta.

Intre cele doua metode, ambele valabile ca solutie tehnica, ramane sa decida factorul economic.

BIBLIOGRAFIE

  1. Ungureanu D., Paleontological Update of Dealul Melcilor, Brasov, Acta Palaeontologica Romaniae V. 6, 2008;
  2. Pooranampillai, J., Elfass, S., Vanderpool, W., and Norris, G. (2009) Large-Scale Laboratory Study on the Innovative Use of Compaction Grout for Drilled Shaft Tip Post Grouting. Contemporary Topics in Deep Foundations: pp. 39-46. Conference Paper, March 2009;
  3. Dongyuan Wang, Xiaoman Xing; Huihong Qu, Li-Min Zhang, Simulated Radial Expansion and Heave Caused by Compaction Grouting in Noncohesive Soils, International Journal of Geomechanics, October 2013;
  4. MAntulescu M., Tuns I., Foundation Solutions of a Building on Saturated Ground, Compressible in Brasov City, Bulletin of the Transilvania University of Brasov, Vol. x (xx), Series I: Engineering Sciences, 2015.

Autori:
conf. univ. dr. ing. Marius MAntulescu,
prof. univ. dr. ing. Ioan Tuns – Universitatea Transilvania Brasov, Facultatea de Constructii, Departamentul CCIA 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 139 – august 2017, pag.  40

 



Daca v-a placut articolul de mai sus
abonati-va aici la newsletter-ul Revistei Constructiilor
pentru a primi, prin email, informatii de actualitate din aceeasi categorie!
Share

Permanent link to this article: http://www.revistaconstructiilor.eu/index.php/2017/08/01/fundarea-constructiilor-inalte-la-baza-versantilor-partial-pe-teren-stancos/

Lasă un răspuns

Adresa de email nu va fi publicata.